一种微波热压烧结设备的制作方法

本实用新型涉及一种微波热压烧结设备，属于微波装置技术领域。

背景技术：

热压烧结是在压力存在条件下实现材料的烧结。由于加热加压同时进行，有助于颗粒的接触扩散、流动传质过程的进行，因而成型压力远低于冷压方式，此外，热压烧结还能降低烧结温度，缩短烧结时间，从而抵制晶粒长大，容易实现晶体的取向效应，得到细晶粒的组织，获得接近理论密度、气孔率接近于零的烧结体，且具有良好的机械、电学性能。因此，热压烧结是制备高性能致密材料的有效方法，在硬质合金、陶瓷材料等制备领域具有广泛应用。热压烧结炉是实现热压烧结的主要手段，传统热压烧结炉主要由加热炉、加压装置、模具和测温测压装置组成。加热炉以电作热源，加热元件有石墨、钨丝和钼丝等。加压装置要求速度平缓、保压恒定、压力灵活调节，主要为液压方式。随着材料制备领域要求的不断提高，特别是提高升温和加热效率、缩短加工时间，简化烧结装备，降低生产成本等方面都对热压烧结炉的应用提出了新的更高的要求，从而限制了该技术的有效推广。

本实用新型提出的一种新型微波热压烧结设备，是采用微波作为加热手段，在压力条件下实现高效快速升温。微波加热与传统加热方式不同，微波在空间以电磁波的形式传播，是一种能量形式，在介质中可以转化为热量。本实用新型采用碳化硅套筒作为加热元器件，通过碳化硅套筒对微波能量的吸收转化，使炉内环境温度快速升至工作温度，并实现压力条件下的快速烧结。常规热压烧结的缺点是过程及设备复杂，设备总功率要求高（通常为40~50kW），加热电极容易氧化，生产控制大多要求无氧条件，模具材料要求高，升温速度慢，平均升温速率仅为10~15℃/min左右，生产效率较低，且高温条件下随炉冷却缓慢。本实用新型提出的一种新型微波热压烧结设备，采用微波作为加热源，解决了装备化关键技术，较传统加热升温速率可以提高3~5倍，热效率转换可以提高10~20倍，且以碳化硅套筒作为微波加热元件，可在空气、真空、保护气等多条件下工作，替换了传统石墨、钨丝、钼丝等易氧化材料，实现了设备的即时关停及快速开炉冷却，在实现快速高效升温的同时，简化了设备构造，也降低了能耗，提升了工作效率，具有广泛的推广性，对全面替代现有传统热压烧结装备具有重要意义。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本实用新型提供一种微波热压烧结设备。本实用新型采用微波作为加热源，碳化硅套筒作为加热元器件，能够实现热压烧结炉内温度的快速升温，与常规热压烧结炉相比，能够简化设备，提高加热效率，改善材料制备品质，具有广泛推广性。本实用新型通过以下技术方案实现。

一种微波热压烧结设备，包括炉体2、多晶莫来石保温套筒3、热压炉柜5、循环水分水器6、机架9、碳化硅套筒12、热压装置、微波发生装置、抽真空装置和通气装置，所述热压装置包括上部压力杆1、下部压力杆7、液压泵8、固定压力杆10、模具11和垫块20，微波发生装置包括红外测温仪4、热电偶13、矩形波导管14、微波源15、控制柜19、三螺钉匹配器23、微波功率测量仪24和微波水负载25，抽真空装置包括真空泵16，通气装置包括气体泵和气体流量表17，热压炉柜5表面设有机架9，机架9上设有炉体2，炉体2为双层结构，炉体2的中间层底部与循环水分水器6连通，炉体2内部设有从外至内依次设有多晶莫来石保温套筒3和碳化硅套筒12，碳化硅套筒12内部设有模具11，模具11底部依次连接下部压力杆7和液压泵8，炉体2顶盖且位于模具11正上方设有固定压力杆10，固定压力杆10下方设有垫块20，机架9顶部且位于固定压力杆10正上方通过螺母设有上部压力杆1，上部压力杆1与固定压力杆10配合使用，炉体2内部设有红外测温仪4，碳化硅套筒12内部设有热电偶13，炉体2外壁上均匀设有矩形波导管14，矩形波导管14依次连接三螺钉匹配器23和微波源15，微波源15包括微波功率测量仪24和微波水负载25，红外测温仪4、热电偶13、微波源15连接控制柜19，炉体2底部依次连接气体泵和气体流量表17，炉体2连接真空泵16。

所述炉体2上的炉盖采用侧方旋转机构开启。

该微波热压烧结设备的工作原理为：

打开炉体2上的炉盖，将物料置于模具11中，将炉盖盖上，调节机架9顶部的螺母将上部压力杆1下降与炉盖上的固定压力杆10配合固定，打开控制柜19和液压泵8，炉体2开始微波加热，液压泵8带动模具11向上运动抵住固定压力杆10的垫块20进行热压过程，在此过程中可以通过真空泵16抽真空或者通过气体泵向炉体2通入气体，最终实现微波热压过程。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型采用微波加热的方式实现热压烧结，升温速率为0~60℃/min，显著提高了升温速率和加热效率，缩短了工艺过程，降低了能耗，是一种全新的热压烧结方式；

（2）本实用新型采用微波加热方式，避免了常规电加热的高功率用电及其配套部件，实现了设备结构的简化，降低了设备总功率要求和安装条件；

（3）本实用新型采用微波加热碳化硅套筒实现快速升温，有效解决了压力条件下的微波烧结，避免了常规电加热电极的高温氧化，可在真空、气氛保护或空气条件下运行，实现快速升温、随时关停开炉等即时操作目的，简化了操作流程，提高了生产效率；

（4）本实用新型采用的成型模具较为灵活，可根据压力大小、工件尺寸等要求调整模具材质和尺寸，具有较大的灵活性；

（5）本实用新型可完全实现自动控制，设备结构和操作方法简单，加热速率快，能源利用率高，有效提高了热压烧结工艺效率，具有应用推广性。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型微波热压烧结设备主体主视图；

图3是本实用新型微波热压烧结设备主体俯视图；

图4是多晶莫来石保温套筒结构主视图；

图5是碳化硅套筒结构图。

图中：1-上部压力杆，2-炉体，3-多晶莫来石保温套筒，4-红外测温仪，5-热压炉柜，6-循环水分水器，7-下部压力杆，8-液压泵，9-机架，10-固定压力杆，11-模具，12-碳化硅套筒，13-热电偶，14-矩形波导管，15-微波源，16-真空泵，17-气体流量表，18-进气口，19-控制装置，20-垫块，21-排气孔，22-法兰接口，23-三螺钉匹配器，24-微波功率测量仪，25-微波水负载。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1至5所示，该微波热压烧结设备，包括炉体2、多晶莫来石保温套筒3、热压炉柜5、循环水分水器6、机架9、碳化硅套筒12、热压装置、微波发生装置、抽真空装置和通气装置，所述热压装置包括上部压力杆1、下部压力杆7、液压泵8、固定压力杆10、模具11和垫块20，微波发生装置包括红外测温仪4、热电偶13、矩形波导管14、微波源15、控制柜19、三螺钉匹配器23、微波功率测量仪24和微波水负载25，抽真空装置包括真空泵16，通气装置包括气体泵和气体流量表17，热压炉柜5表面设有机架9，机架9上设有炉体2，炉体2为双层结构，炉体2的中间层底部与循环水分水器6连通，炉体2内部设有从外至内依次设有多晶莫来石保温套筒3和碳化硅套筒12，碳化硅套筒12内部设有模具11，模具11底部依次连接下部压力杆7和液压泵8，炉体2顶盖且位于模具11正上方设有固定压力杆10，固定压力杆10下方设有垫块20，机架9顶部且位于固定压力杆10正上方通过螺母设有上部压力杆1，上部压力杆1与固定压力杆10配合使用，炉体2内部设有红外测温仪4，碳化硅套筒12内部设有热电偶13，炉体2外壁上均匀设有矩形波导管14，矩形波导管14依次连接三螺钉匹配器23和微波源15，微波源15包括微波功率测量仪24和微波水负载25，红外测温仪4、热电偶13、微波源15连接控制柜19，炉体2底部依次连接气体泵和气体流量表17，炉体2连接真空泵16。

实施例2

如图1至5所示，该微波热压烧结设备，包括炉体2、多晶莫来石保温套筒3、热压炉柜5、循环水分水器6、机架9、碳化硅套筒12、热压装置、微波发生装置、抽真空装置和通气装置，所述热压装置包括上部压力杆1、下部压力杆7、液压泵8、固定压力杆10、模具11和垫块20，微波发生装置包括红外测温仪4、热电偶13、矩形波导管14、微波源15、控制柜19、三螺钉匹配器23、微波功率测量仪24和微波水负载25，抽真空装置包括真空泵16，通气装置包括气体泵和气体流量表17，热压炉柜5表面设有机架9，机架9上设有炉体2，炉体2为双层结构，炉体2的中间层底部与循环水分水器6连通，炉体2内部设有从外至内依次设有多晶莫来石保温套筒3和碳化硅套筒12，碳化硅套筒12内部设有模具11，模具11底部依次连接下部压力杆7和液压泵8，炉体2顶盖且位于模具11正上方设有固定压力杆10，固定压力杆10下方设有垫块20，机架9顶部且位于固定压力杆10正上方通过螺母设有上部压力杆1，上部压力杆1与固定压力杆10配合使用，炉体2内部设有红外测温仪4，碳化硅套筒12内部设有热电偶13，炉体2外壁上均匀设有矩形波导管14，矩形波导管14依次连接三螺钉匹配器23和微波源15，微波源15包括微波功率测量仪24和微波水负载25，红外测温仪4、热电偶13、微波源15连接控制柜19，炉体2底部依次连接气体泵和气体流量表17，炉体2连接真空泵16。

其中炉体2上的炉盖采用侧方旋转机构开启。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。